需求驅動的復雜重型裝備網絡協(xié)同服務模式

常豐姣，吳 鋒，王紅濤

(1.西安交通大學 管理學院，陜西 西安 710049；2.效率工程與過程控制教育部重點實驗室，陜西 西安 710049；3.中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 7100321)

0 前言

在制造產業(yè)鏈中，復雜重型裝備是一類關鍵的基礎裝備，它能夠體現(xiàn)一個國家的高端制造能力和水平，也是國民安全的重要保障，因此復雜重型裝備在各個國家均具有非常重要的戰(zhàn)略地位[1]。近60年來，中國重型裝備制造業(yè)從無到有，從不斷追趕到不斷超越世界先進水平，特別是2017年以來，重型機械行業(yè)明顯發(fā)展，在不斷轉型中創(chuàng)新升級，不僅發(fā)展出了一批批國之重器，也在朝著高端制造穩(wěn)步邁進[2]。

當今世界正處于百年未有之大變局，人工智能、區(qū)塊鏈、量子科技、工業(yè)互聯(lián)網[3]、社交媒體、經濟全球化等多重因素共同撼動舊局，推動新局[3]。在該大變局下，生產力起著決定性的作用，而作為國之重器的復雜重型裝備也是本次大變局的一大動力。因此，重型裝備制造業(yè)必將迎來一場新的發(fā)展機遇，不僅能夠顯著提升我國重型裝備制造業(yè)整體水平，同時還能夠大大提升我國在重型裝備行業(yè)的國際競爭力。

新變局下，隨著“中國制造2025”、“德國工業(yè)4.0”和新一輪產業(yè)革命的到來，大數據、云計算等新興技術大力發(fā)展，驅動著重型裝備企業(yè)向智能制造方向轉型升級，而復雜重型裝備行業(yè)的持續(xù)性變革離不開智能化平臺的構建[5]。例如，美國Caterpillar 與 Parametric Technology Corporation、英國Davy 公司以及德國 Siemens等均開始搭建智能平臺以提升復雜重型裝備的定制水平，日益嚴峻的國際外部環(huán)境對我國復雜重型裝備的未來發(fā)展提出了非常大的挑戰(zhàn)[6]。2010年，李伯虎等人[7]基于對網絡化制造等相關模式的研究，在云計算、物聯(lián)網等技術的基礎上提出了云制造這一面向服務的網絡化制造模式，該模式研究云制造服務平臺下如何利用各類關鍵技術為用戶提供按需制造服務。隨后，張霖等人[7]對深入分析了云制造與敏捷制造、網絡化制造等典型模式之間的區(qū)別與聯(lián)系；李伯虎等[9]在已有文獻的基礎上進一步豐富了云制造服務系統(tǒng)的內涵；面對研究中存在的關鍵問題理解不一致等問題，劉永奎等[10]進一步做了深入研究并明確了云制造定義及云制造與云計算之間的區(qū)別關系。復雜重型裝備網絡協(xié)同制造平臺正是在云制造服務平臺基礎上針對復雜重型裝備行業(yè)搭建的多方協(xié)同化服務平臺，國內外的行業(yè)壓力與時代變革的機遇推動了復雜重型裝備網絡協(xié)同制造平臺的發(fā)展，也推動了該平臺下各類問題的研究進展。

經濟全球化趨勢下，面對客戶需求的不確定變化和制造業(yè)發(fā)生的巨大變革，服務化已成為當前全球制造業(yè)發(fā)展的主要特征之一，全球產業(yè)結構呈現(xiàn)出從“工業(yè)型經濟”向“服務型經濟”轉型的趨勢，在此趨勢下，各行業(yè)均在尋求方式規(guī)避制造企業(yè)“服務悖論”[11]問題并構建服務化的創(chuàng)新模式[12]。在這樣的社會經濟背景下，復雜重型裝備作為國之重器，對其生產制造過程中的協(xié)同化服務提出了更高的要求。目前我國的重型裝備制造行業(yè)仍存在很多不足，比如大多重型裝備產品還處于中低端水平，而核心技術產品卻需要進口[13]，且復雜重型裝備結構復雜、工藝多樣，制造過程中各參與方之間的交互頻繁，非結構化程度非常高，使得其生產制造過程中的協(xié)同服務難度更大，轉型升級更為困難[14]。因此，針對復雜重型裝備由于交互頻繁、業(yè)務交疊導致數據和信息非結構化程度高，面向對象/流程的協(xié)同服務難度大等問題[15]，基于復雜重型裝備網絡化協(xié)同制造平臺，研究需求驅動的復雜重型裝備網絡協(xié)同服務模式，對實現(xiàn)復雜重型裝備制造業(yè)務水平的提升和復雜重型裝備網絡化協(xié)同制造的發(fā)展具有十分重要的意義。

本文首先對復雜重型裝備行業(yè)項目交互過程進行了分析，基于交互過程分析并總結了項目中各參與方的潛在需求，重新定義了需求驅動的內涵；隨后構建了基于平臺的網絡協(xié)同機制；最終提出了復雜重型裝備網絡協(xié)同服務模式，旨在為復雜重型裝備網絡協(xié)同制造平臺的構建提供理論指導。

1 復雜重型裝備行業(yè)需求分析

復雜重型裝備通常規(guī)模較大且結構復雜，每款產品均需按照客戶要求重新設計生產，所涉及的知識技術領域較廣，另外，客戶對產品專業(yè)知識及功能屬性的掌握程度有限，他們提出的需求通常都是非結構化的，具有模糊性、多樣性、不規(guī)范性、矛盾性和動態(tài)性等特征。這些導致復雜重型裝備項目實施過程中需要各參與方針對項目信息以及客戶需求進行多次交互，這增加了需求分析的難度，提高了交互過程的復雜性。復雜重型裝備行業(yè)中，以往需求指的是終端用戶的需求，但隨著技術浪潮的推進，重型裝備行業(yè)的各類公司均產生了各自獨特的需求。因此，本文對需求的定義不再單指用戶對產品的需求，還包括了用戶潛在的其它需求和其它參與方的可能需求。本節(jié)從復雜重型裝備項目交互過程出發(fā)，分析交互過程中各參與方可能產生的需求，以從需求驅動的角度，建立復雜重型裝備網絡協(xié)同服務模式。

1.1 復雜重型裝備項目交互過程分析

圖1所示為復雜重型裝備項目交互過程。以擠壓機為例，在傳統(tǒng)的復雜重型裝備生產制造過程中，設計公司、制造公司、裝配公司和用戶共同參與項目交互過程。第一階段，由項目承包方，一般為設計方負責與用戶溝通需求、確定總合同，交互內容為需求文件資料、設計圖、合同等；第二階段，由設計方與制造方簽訂合同，并交互設計圖紙、任務書、工藝圖、項目進度計劃等；第三階段，制造方將制造的產品各部件分批運往用戶處，并與裝配公司交互裝配說明書等裝配信息；最后，裝配方完成產品裝配并交付給客戶。該過程歷時周期長，進展緩慢，交互結構為鏈式結構，不同參與方之間很難做到實時交互，且交互內容復雜難以形成結構化標準，這些嚴重阻礙了項目進度。

圖1 復雜重型裝備項目交互過程

本文提出了基于平臺的復雜重型裝備項目交互過程，即將各參與方統(tǒng)一集中于復雜重型裝備網絡協(xié)同制造平臺中，增加物流以及平臺管理者之類的服務方，將交互過程由線下轉移至線上，交互結構由鏈式改為扇形結構，以滿足新變局下用戶以及各裝備制造企業(yè)的真正需求。不同于傳統(tǒng)的交互過程，基于平臺的復雜重型裝備項目交互過程用戶可以通過平臺實時與其他各參與方進行交互，了解項目進度情況，且各參與方之間也能實時就項目信息進行交互。

1.2 復雜重型裝備項目中各方需求分析

基于平臺的交互結構使得復雜重型裝備行業(yè)的需求也發(fā)生了很大變化，需求的主體由用戶轉變?yōu)樾袠I(yè)內的各類企業(yè)，需求的內容也越來越多樣化、復雜化。結合復雜重型裝備項目的交互過程，本文分析并總結了各參與方目前存在的需求以及可能的潛在需求，為復雜重型裝備網絡協(xié)同服務模式的構建提供驅動力。

為了探究復雜重型裝備項目中存在的各類需求，項目小組到中國重型機械研究院股份公司(中國重型院)和中國第二重型機械集團有限公司(二重)對擠壓機這類復雜重型裝備全生命周期過程中存在的問題以及各方需求進行了調研，調研結果發(fā)現(xiàn)，用戶對產品的需求包括產品類型、關鍵參數、約定品牌、交付時間、成本等，項目周期縮短、進度監(jiān)督、遠程維修、故障診斷等是用戶潛在需要但還未滿足的需求。設計方與用戶的交互過程中存在的潛在需求主要指對非結構化用戶需求的規(guī)范化、識別和聚類，用戶需求的確定是影響交互效率和阻礙項目進度的一大因素，除此之外，設計方潛在需求還包括基于用戶需求數據的設計任務匹配、智能化分解和實時任務管理。制造方與設計方交互過程中數據及標準的不統(tǒng)一極大地影響了任務的進度管理，因此，圖紙的自動轉換，制造任務分解匹配，任務進度跟蹤管理和可視化是重型裝備制造企業(yè)現(xiàn)階段的潛在需求。另外，復雜重型裝備規(guī)模大，結構復雜，裝配過程通常難以把控全局，因此，基于數字孿生等技術的裝配方案仿真模擬、裝配任務分解匹配等是裝配公司的潛在需求。平臺將各參與方集中在一起，將項目集成，統(tǒng)一進行項目管理，因此智能化的貨物分批物流配送方案可能是物流服務方所需要的。最后，實時挖掘平臺各使用方的深入需求是平臺方所關注的最重要需求。

表1 復雜重型裝備行業(yè)各參與方需求分析

需求驅動不同于傳統(tǒng)的按訂單設計，其意味著要從用戶顯性或隱性角度出發(fā)，針對用戶需求定制化生產產品或提供服務。需求驅動所關注的需求是真實的、隱藏的、強烈的需求，也是先進用戶的價值，因此是商業(yè)競爭的一大關鍵。另外，對于客戶的重新定義也是需求驅動的另一層意義。在網絡協(xié)同制造平臺中，每一個參與者都是平臺的用戶，每一方都有各自不同的需求，需求驅動意味著關注到每一個用戶的需求，深入挖掘這些用戶的強烈需求，針對這些需求進行服務的創(chuàng)新與改進。

2 復雜重型裝備項目過程中的網絡協(xié)同機制

“協(xié)同”一詞是自從20世紀70年代協(xié)同理論發(fā)展起來以后漸漸受到各行各業(yè)重視的。其中的協(xié)同效應表明各種系統(tǒng)間之間存在著相互影響又相互合作的關系，這種相互作用，通常能夠實現(xiàn)單個子系統(tǒng)無法實現(xiàn)的效果。協(xié)同能夠提高團隊運作效益，增強團隊創(chuàng)新能力，從而實現(xiàn)增值目標，是現(xiàn)代管理發(fā)展的必然要求。

然而，對中國重型院以及二重的調研結果表明，在復雜重型裝備項目運行過程中，各企業(yè)間以及企業(yè)內部各團隊間普遍存在著協(xié)同效應低下的情況，由于項目規(guī)模大、制造復雜、交互效率低下導致協(xié)同難度大，難以實現(xiàn)高效率生產制造。因此，在復雜重型裝備這樣結構復雜、交互頻繁的制造領域，亟需通過網絡化協(xié)同提高各個層級間的協(xié)同效應，提高服務價值。如圖2所示，本文提出的網絡協(xié)同機制是復雜重型裝備網絡協(xié)同制造平臺中運行過程，利用智能化信息技術，如物聯(lián)網、云計算、工業(yè)互聯(lián)網等來實現(xiàn)復雜重型裝備項目效率提升和效益最大化的工作方式的總和，在復雜重型裝備生產制造過程中，網絡協(xié)同化機制主要著眼于三個方面，即信息交互、業(yè)務關聯(lián)和多維度協(xié)同。

圖2 網絡協(xié)同機制

2.1 信息交互

現(xiàn)有的復雜重型裝備行業(yè)各公司間信息資源相互獨立，存在大量的“數據孤島”現(xiàn)象，然而大數據環(huán)境下各公司擁有的資源數據、服務數據與用戶需求信息之間存在著關聯(lián)性，只有通過網絡化協(xié)同機制才能將這些分散的，不規(guī)則的數據信息相互交互，形成龐大的數據網絡，打破各公司間的數據壁壘，才能及時了解用戶需求，提供更智能的服務，提升重型裝備行業(yè)制造水平。

2.2 業(yè)務關聯(lián)

復雜重型裝備生產制造過程中，不同公司之間的業(yè)務存在很強的關聯(lián)性，例如，設計圖紙的部分改變可能需要同時變更制造公司制造方案，因此需要利用協(xié)同化平臺和信息化技術將復雜重型裝備各業(yè)務環(huán)節(jié)關聯(lián)起來統(tǒng)一整合管理，以便在更新各環(huán)節(jié)相關信息的同時變更關聯(lián)環(huán)節(jié)，從而實現(xiàn)各業(yè)務之間的無縫對接。

2.3 多維度協(xié)同

復雜重型裝備的網絡化協(xié)同服務涉及到多個維度，首先是包括用戶、設計公司、制造公司、裝配公司、服務平臺在內的不同參與方之間的外部協(xié)同，其次是各個參與方內部工作小組之間的內部協(xié)同。在多主體需求驅動與協(xié)同制造平臺的支撐下，實現(xiàn)由外至內，由線下至線上的全方位多維度協(xié)同機制，全方位實現(xiàn)網絡協(xié)同一體化的目標。

3 復雜重型裝備網絡協(xié)同服務模式

隨著制造行業(yè)服務化轉型，對制造服務化模式的研究也越來越深入，制造服務一般指的是生產性服務和生活性服務，根據服務種類以及服務特點的不同，不同學者從不同視角對制造業(yè)服務模式進行了分類。

林風霞等[13]認為，制造業(yè)服務化的典型模式包括個性化定制模式、研發(fā)設計服務化模式、供應鏈管理模式、產品全生命周期管理模式、總集成總承包服務模式和信息增值服務模式。任杉等人[14]則將典型的制造服務模式歸納為制造網絡、服務型制造、云制造和社會制造，分別表示制造資源的封裝與集成，制造與服務的集成，制造服務的開放協(xié)作和社會民眾參與產品制造。李天柱[15]從價值共創(chuàng)(Value Co-Creation，VCC)視角下對制造業(yè)服務化模式進行了劃分，將其分為產品延伸服務化、產品增強服務化、主導產品服務化、業(yè)務單元服務化和核心能力服務化五類，其中前兩類為初始服務模式，中間兩類為中等服務模式，最后一類為高等服務模式。

而隨著人工智能、大數據、智能制造的出現(xiàn)和普及，信息技術等拉動制造服務向智能制造服務方向發(fā)展，由此出現(xiàn)了智能制造服務模式[16]，不同于典型的制造服務模型，智能制造服務模式面向產品全生命周期，面向協(xié)同，基于數據挖掘和知識發(fā)現(xiàn)，能夠向價值鏈兩頭拓展，并能實現(xiàn)遠程智能服務，滿足客戶自主服務，為客戶提供深度體驗服務。常見的智能制造服務模式包括大數據驅動的智能制造服務模式，如基于電商大數據的制造服務；物聯(lián)網驅動的智能制造服務模式，如社會性網絡服務；基于云計算平臺的智能制造服務模式，如華為的云計算平臺智能制造服務等。

“中國制造2025”政策的大力推進促使重型裝備行業(yè)向著智能化協(xié)同化服務方向發(fā)展，在該發(fā)展背景下，針對復雜裝備網絡協(xié)同制造平臺的研究應運而生，在該平臺基礎上，針對我國復雜重型裝備服務機制不完善，網絡化和智能化程度有待提高等問題，提出了需求驅動的復雜重型裝備網絡協(xié)同服務模式，該模式基于產品全生命周期，以各參與方潛在需求建立服務模式，利用網絡協(xié)同制造平臺實現(xiàn)復雜重型裝備生產制造過程中的全方位協(xié)同，以提升重型裝備行業(yè)的智能化服務化水平，提高效率。

如圖3所示為需求驅動的復雜重型裝備網絡協(xié)同服務模式，該模式是以復雜重型裝備平臺用戶需求為驅動，借助智能化信息技術、平臺和云，構建多合作方共同參與的，覆蓋產品全生命周期的復雜重型裝備行業(yè)提供服務和被服務的方案模式。該服務模式基于復雜重型裝備網絡協(xié)同制造平臺，包含多主體需求驅動機制，協(xié)同服務機制以及基于產品全生命周期的復雜重型裝備網絡協(xié)同服務。首先，分析項目交互過程中的多主體需求，針對潛在需求，利用信息化技術、人工智能、云平臺等工具建立復雜重型裝備網絡協(xié)同制造平臺，并持續(xù)性深入挖掘分析多主體需求，需求驅動復雜重型裝備網絡協(xié)同服務功能不斷持續(xù)更新；其次，基于平臺用戶的服務數據和資源數據建立信息交互、業(yè)務關聯(lián)和多維度協(xié)同機制，以確保業(yè)務順利開展；最后，針對特定項目提供基于全生命周期的協(xié)同服務。具體服務內容包括，首先基于web信息源對用戶需求進行識別聚類分配項目組；之后進行協(xié)同研發(fā)設計和協(xié)同制造，實現(xiàn)復雜重型裝備零部件的規(guī)范化和制造的模塊化，確保任務合理派發(fā)；之后，分批物流配送、產品裝配和交付；最后，產品使用過程中基于平臺和協(xié)同機制，故障診斷、遠程運維等服務均能被實現(xiàn)。該服務模式能夠幫助實現(xiàn)項目周期縮短，全程可視化，達到客戶滿意度顯著提升的效果。

圖3 需求驅動的復雜重型裝備網絡協(xié)同服務模式

4 實施難點分析與解決方案探討

上述復雜重型裝備網絡協(xié)同服務模式是基于復雜重型裝備網絡協(xié)同制造平臺提出的，但現(xiàn)階段，該協(xié)同服務模式還難以實現(xiàn)項目運行，為此，本節(jié)分析了該協(xié)同服務模式運作過程中存在的一些難點，并探討了一些可行的解決方案。

4.1 復雜重型裝備網絡協(xié)同服務模式運行難點分析

針對復雜重型裝備網絡協(xié)同服務模式運行過程中存在的種種問題，總結了難點。

(1)跨組織、跨區(qū)域協(xié)同管理難度大。復雜重型裝備網絡協(xié)同服務模式涉及行業(yè)內部多方參與者，這些企業(yè)大多分布在全國的不同省份，不同區(qū)域，協(xié)同服務要求在成本、進度、質量等多方面同時對多參與方工作進行協(xié)同管控，管理范圍廣、管理強度大，如何確保各參與方協(xié)同合作是該服務模式運作過程中需要解決的一大問題。

(2)存在數據壁壘、知識共享難以實現(xiàn)。一方面，復雜重型裝備屬于關鍵基礎裝備，在國家中具有重要的戰(zhàn)略地位，復雜重型裝備行業(yè)企業(yè)數量少，各企業(yè)內部資源相對獨立，數據保密性意識較強，大多企業(yè)不希望甚至不愿意將企業(yè)內部數據放于平臺中共享。另一方面，各參與方的設計、工藝等圖紙、標準均屬于企業(yè)知識產權，出于信息泄露與產權意識的考慮，基于平臺的協(xié)同設計風險較高，難以實現(xiàn)。另外，各企業(yè)間對同類產品的標準不一致，知識共享存在標準障礙。

(3)裝備復雜，資源分解匹配難度大。復雜重型裝備結構復雜，設計、制造周期長，任務繁雜，分解難度較大，且數據壁壘的存在導致難以通過對各企業(yè)數據分析完成智能化任務分解匹配等。

(4)多方需求實時識別分析驅動服務更新。本文提出的網絡協(xié)同服務模式是以多方需求為驅動的，而用戶需求不是一成不變的，如何在不同時間準確把握平臺用戶的需求對平臺進行服務更新是服務模式運行過程中永恒不變的話題。

4.2 解決方案思考

針對本文難點問題，本文從技術發(fā)展和智能化的角度探討了可采用的相關方案，這些方案大多需要深度融合多領域知識體系，多類新一代信息技術，以推動行業(yè)轉型升級。另外，這些相關技術的開發(fā)與應用也將作為團隊接下來的研究重點。

(1)深化整合多方平臺。復雜重型裝備行業(yè)中，各企業(yè)內部均有各自的服務平臺，深化整合集成多方平臺與協(xié)同制造平臺，深度融合制造服務，實現(xiàn)復雜重型裝備行業(yè)縱向橫向一體化集成，能夠最大化實現(xiàn)各方協(xié)同管理，極大地降低成本，提高效率和效益，為客戶創(chuàng)造更大價值。

(2)開發(fā)工業(yè)智能網絡技術，提升網絡安全。將區(qū)塊鏈等網絡安全技術應用于網絡協(xié)同平臺中，開發(fā)包括大數據和云計算環(huán)境的加密技術、基于區(qū)塊鏈的分布式可信認證技術、基于自主愈合的網絡威脅響應與處理技術等，以保障平臺中的數據信息安全，確保知識共享機制順利實施。

(3)致力于知識工程與行業(yè)知識軟件化。研究行業(yè)技術的分類標準和體系架構，不斷優(yōu)化行業(yè)知識軟件系統(tǒng)和標準，比如用戶非結構需求規(guī)范化標準，行業(yè)設計、工藝標準等，建立促進創(chuàng)新和一體化的標準化文件，以打破各企業(yè)間數據壁壘現(xiàn)狀，實現(xiàn)多方數據的完美對接。

(4)建立智能優(yōu)化決策系統(tǒng)?；谛袠I(yè)標準和體系架構，搭建設備數據采集技術，基于數據進行知識發(fā)現(xiàn)和規(guī)則提取，針對性提出復雜重型裝備的云平臺任務匹配和資源調度技術，分布式智能控制技術，以實現(xiàn)實施資源調度，智能優(yōu)化決策和自適應任務控制。

(5)開發(fā)智能需求識別機制。開發(fā)基于語義的智能認知技術、基于深度學習的商業(yè)數據挖掘技術等深入挖掘平臺用戶需求，不斷拓展新模式、新增值業(yè)務，提高重型裝備行業(yè)的整體競爭力。

5 結論

復雜重型裝備是國民經濟和國防的重要保障，大變局時代下，來自國內外的各方挑戰(zhàn)迫使重型裝備行業(yè)不得不進行智能化轉型升級。為此，本文從需求驅動、協(xié)同機制和服務模式三個方面進行了研究，并得出了結論。

(1)復雜重型裝備行業(yè)需求趨向多樣化、多主體化，分析并準確把握重型裝備行業(yè)多主體的潛在需求是應對新形勢下快速變化的市場需求的重要手段，因此，需求驅動是服務化轉型升級的必要條件。

(2)復雜重型裝備行業(yè)項目運行過程中存在協(xié)同服務難度大等問題，集成“信息交互、業(yè)務關聯(lián)、多維度協(xié)同”為一體的復雜重型裝備網絡協(xié)同機制是提高復雜重型裝備項目實施效率的重要保障。

(3)智能化時代下，復雜重型裝備行業(yè)的服務模式應以多主體需求為驅動，以網絡協(xié)同化機制為保證，面向產品全生命周期，以提高復雜重型裝備行業(yè)服務水平，提升客戶滿意度，并最終實現(xiàn)重裝裝備行業(yè)服務化轉型升級。

(4)復雜重型裝備網絡協(xié)同服務模式的運行目前還存在很多難點，這些難點大多需要融合跨領域知識技術，開發(fā)新技術，以實現(xiàn)多方平臺聯(lián)動、網絡安全化、知識工程化、智能優(yōu)化決策，智能需求認知等。

在未來的研究中，團隊將進一步致力于研究復雜重型裝備網絡協(xié)同制造平臺的搭建與實現(xiàn)，解決協(xié)同發(fā)展、協(xié)同設計、協(xié)同制造、協(xié)同管理與運營、協(xié)同服務中存在的種種問題，并提出相應的技術標準，為引領復雜重型裝備制造業(yè)的轉型升級提供指導。